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1、彩虹通用技术彩虹通用技术学业水平考试复习课学业水平考试复习课第三单元第三单元第三单元第三单元 系统与设计系统与设计系统与设计系统与设计一、系统的结构一、系统的结构一、系统的结构一、系统的结构1 1、系统的含义：、系统的含义：、系统的含义：、系统的含义：b b 概念：概念：概念：概念：系统是由系统是由相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约的若干要的若干要素或部分组成的具有素或部分组成的具有特定功能特定功能的的有机整体有机整体。构成系统必须具备的三个条件：构成系统必须具备的三个条件：构成系统必须具备的三个条件：构成系统必须具备的三个条件： （1 1）至少要有两
2、个或两个以上的要素（部分）；）至少要有两个或两个以上的要素（部分）； （2 2）要素（部分）之间互相联系、互相作用，按照一定方式形成一个）要素（部分）之间互相联系、互相作用，按照一定方式形成一个整体；整体； （3 3）整体具有的功能是各个要素（部分）的功能中所没有的。）整体具有的功能是各个要素（部分）的功能中所没有的。 例：自行车的结构例：自行车的结构2 2、系统的分类：、系统的分类：、系统的分类：、系统的分类：a a （1 1）自然系统和人造系统自然系统和人造系统。 例：生态系统属于自然系统；飞船、房例：生态系统属于自然系统；飞船、房舍等属于人造系统。舍等属于人造系统。 （2 2）实体系统和
3、抽象系统实体系统和抽象系统。 例：计算机硬件属于实体系统；软件属例：计算机硬件属于实体系统；软件属于抽象系统。于抽象系统。3 3、系统的五个基本特性：、系统的五个基本特性：、系统的五个基本特性：、系统的五个基本特性：b b(1)(1)整体性整体性整体性整体性（全局、集合）（全局、集合）：侧重于侧重于“ “部分影响整体部分影响整体” ”。是系统的最基本的特性，。是系统的最基本的特性，也是观察和分析系统最基本的思想和方法。也是观察和分析系统最基本的思想和方法。1 1系统是一个整体，它不是各个要素（部分）的简单相加，系统的整体功能是各要素系统是一个整体，它不是各个要素（部分）的简单相加，系统的整体功
4、能是各要素（部分）在孤立状态下所没有的。（部分）在孤立状态下所没有的。2 2系统的整体功能大于组成系统的各部分的功能之和。系统的整体功能大于组成系统的各部分的功能之和。例：例：巴尔扎克的塑像、巴尔扎克的塑像、“ “木桶理论木桶理论” ”、一招不慎全盘皆输、弃卒保车、一招不慎全盘皆输、弃卒保车、“ “阿波罗阿波罗” ”登登月飞船上的零件月飞船上的零件 考点简答题：巴尔扎克的塑像、木桶理论考点简答题：巴尔扎克的塑像、木桶理论 突出突出突出突出 部分影响整体部分影响整体部分影响整体部分影响整体(2)(2)相关性相关性相关性相关性（匹配、关联）（匹配、关联）：侧重于侧重于“ “部分与部分之间的关联部分
5、与部分之间的关联” ”构成系统的各元素之间是相互联系、相互作用、相互依赖、相互影响的关系，是彼此构成系统的各元素之间是相互联系、相互作用、相互依赖、相互影响的关系，是彼此相关的。相关的。例：古代建筑的例：古代建筑的“ “梁柱结构梁柱结构” ”、合金钢材料各种性能的相互影响、家庭装修工程、合金钢材料各种性能的相互影响、家庭装修工程(3)(3)目的性目的性目的性目的性（功能）（功能）：任何系统都具有某种目的，都要实现一定的功能，这是任何系统都具有某种目的，都要实现一定的功能，这是区别不同系统的主要标志区别不同系统的主要标志(4)(4)动态性动态性动态性动态性（更新）（更新）：物质都是不断变化，因此
6、系统是一个动态的系统，处在运动变化和发展之中。物质都是不断变化，因此系统是一个动态的系统，处在运动变化和发展之中。(5)(5)环境适应性环境适应性环境适应性环境适应性（自适应）（自适应）：系统都存在于一定的环境之中，并不断的与外界环境进行物质的能量的和信息的交系统都存在于一定的环境之中，并不断的与外界环境进行物质的能量的和信息的交换，系统必须适应外部环境的变化。换，系统必须适应外部环境的变化。例：例：“ “春捂秋冻春捂秋冻” ”、电冰箱不能紧贴墙放置、电冰箱不能紧贴墙放置填空：对于系统来说，它的基本特征有填空：对于系统来说，它的基本特征有_个，分别是个，分别是_,_,_,_,_,_,_,_,_
7、。选择题常出的有目的性，动态性，环境适应性。简答题和设计。选择题常出的有目的性，动态性，环境适应性。简答题和设计题常出的有整体性题常出的有整体性 巴尔扎克巴尔扎克和和木桶理论木桶理论和相关性。和相关性。二、系统的分析二、系统的分析二、系统的分析二、系统的分析1 1、系统分析及其一般步骤：、系统分析及其一般步骤：、系统分析及其一般步骤：、系统分析及其一般步骤：c c（1 1）什么是）什么是）什么是）什么是系统分析系统分析系统分析系统分析？系统分析一般是从系统的整体功能出发，全面地思考与解决问题。系统分析一般是从系统的整体功能出发，全面地思考与解决问题。1 1系统分析的系统分析的目标目标：发挥系统
8、的功能发挥系统的功能，实现系统的，实现系统的目标目标。2 2系统分析采用的系统分析采用的方法方法：运用：运用科学的方法科学的方法对系统加以周详的对系统加以周详的考察、分析、比较、试考察、分析、比较、试验。验。3 3系统分析产生的系统分析产生的结果结果：拟订一套拟订一套有效的处理有效的处理步骤和程序步骤和程序，或对原系统提出，或对原系统提出改进方改进方案。案。（2 2）系统分析的一般步骤）系统分析的一般步骤）系统分析的一般步骤）系统分析的一般步骤2 2、系统分析的三个主要原则系统分析的三个主要原则系统分析的三个主要原则系统分析的三个主要原则：a a（1 1）整体性原则整体性原则整体性原则整体性原
9、则系统分析首先要着眼于子系统整体，要先分析整体，再分析部分；先看全局，后看局部；系统分析首先要着眼于子系统整体，要先分析整体，再分析部分；先看全局，后看局部；先看全过程，再看某一阶段；先看长远，再看当前。先看全过程，再看某一阶段；先看长远，再看当前。例：例：田忌赛马、丁谓修复皇宫田忌赛马、丁谓修复皇宫。（2 2）科学性原则科学性原则科学性原则科学性原则系统分析一方面要有严格的工作步骤，另一方面应尽可能地运用科学方法和数学工具进行系统分析一方面要有严格的工作步骤，另一方面应尽可能地运用科学方法和数学工具进行定量分析，使决策的过程和结果更具用说服力定量分析，使决策的过程和结果更具用说服力。例如：例
10、如：优选法优选法（3 3）综合性原则综合性原则综合性原则综合性原则系统分析时还要注重综合性原则，要综合分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。系统分析时还要注重综合性原则，要综合分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。例：例：孝襄高速公路孝襄高速公路。明确明确问题问题,设设立目立目标标收集收集资资料料,制定方案制定方案分析分析计计算算,评评价比价比较较检验检验核核实实,作出决策作出决策系统在分析的时候，一般要考虑到几个原则，例如在分析别人制作的花篮时，要从三个系统在分析的时候，一般要考虑到几个原则，例如在分析别人制作的花篮时，要从三个系统在分析的时候，一般要考虑到几个原则，例如在分析别人制作的
11、花篮时，要从三个系统在分析的时候，一般要考虑到几个原则，例如在分析别人制作的花篮时，要从三个原则来分析：原则来分析：原则来分析：原则来分析：整体性，综合性，科学性整体性，综合性，科学性整体性，综合性，科学性整体性，综合性，科学性。3 3、系统的优化：、系统的优化：、系统的优化：、系统的优化：c c在给定的条件（或约束条件）下，根据系统的优化目标，在给定的条件（或约束条件）下，根据系统的优化目标，采取采取一定的一定的手段和方法手段和方法，使，使系统的系统的目标值达到最大化目标值达到最大化（或（或最小化最小化）。）。约束条件约束条件：对系统起限制作用的，并且是：对系统起限制作用的，并且是不可人为调
12、节不可人为调节的。的。影响因素影响因素：是指对系统的目标产生显著影响，并且可以：是指对系统的目标产生显著影响，并且可以人为调节人为调节的因素。的因素。例：农作物种植系统的优化例：农作物种植系统的优化农业间作套种、利润问题农业间作套种、利润问题第四单元第四单元第四单元第四单元 控制与设计控制与设计控制与设计控制与设计一、控制的手段与应用一、控制的手段与应用一、控制的手段与应用一、控制的手段与应用1 1、控制的含义：、控制的含义：、控制的含义：、控制的含义：b b人们按照自己的人们按照自己的意愿或意愿或目的目的目的目的，通过一定的，通过一定的手段手段手段手段，使，使事物事物事物事物向向期望的目标发
13、展期望的目标发展，这就是控制，这就是控制按按按按人工干预人工干预人工干预人工干预来分：人工控制、自动控制来分：人工控制、自动控制来分：人工控制、自动控制来分：人工控制、自动控制按按按按执行部件执行部件执行部件执行部件来分：来分：来分：来分：机械控制、气动控制、液压控制、电子控制机械控制、气动控制、液压控制、电子控制机械控制、气动控制、液压控制、电子控制机械控制、气动控制、液压控制、电子控制2 2、控制的手段：、控制的手段：、控制的手段：、控制的手段：a a 控制事例控制事例控制事例控制事例 控制对象控制对象控制对象控制对象 控制目的控制目的控制目的控制目的 控制手段控制手段控制手段控制手段电风
14、扇扇叶转速快慢的控制电风扇扇叶转速快慢的控制电风扇扇叶转速快慢的控制电风扇扇叶转速快慢的控制 电风扇电风扇电风扇电风扇 调节速度调节速度调节速度调节速度 换挡换挡换挡换挡3 3、控制的应用：、控制的应用：、控制的应用：、控制的应用：b b（1 1）生活生活：控制应用到生活中，提高了人们的生活质量，人类能够在一定程度上按照自：控制应用到生活中，提高了人们的生活质量，人类能够在一定程度上按照自己的意愿改变周围的环境，使之满足人们的需要。己的意愿改变周围的环境，使之满足人们的需要。（2 2）生产生产：生产中往往需要对温度、湿度、压力、速度及加工动作等进行控制，控制在：生产中往往需要对温度、湿度、压力
15、、速度及加工动作等进行控制，控制在生产中得到了极为广泛的应用。生产中得到了极为广泛的应用。（3 3）军事国防军事国防：控制在军事、国防等领域也有着广泛的应用。：控制在军事、国防等领域也有着广泛的应用。二、控制系统的工作过程与方式二、控制系统的工作过程与方式二、控制系统的工作过程与方式二、控制系统的工作过程与方式1 1、简单开环控制系统简单开环控制系统简单开环控制系统简单开环控制系统的基本组成和工作过程：的基本组成和工作过程：的基本组成和工作过程：的基本组成和工作过程：c c概念：概念：概念：概念：控制系统的输出量控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响不对系统的控制产生任何影响不对系统的控制
16、产生任何影响不对系统的控制产生任何影响的的控制系统。控制系统。例：例：红绿灯定时控制系统、防盗报警控制系统、火灾自动报警系统、公园的音乐喷泉自动红绿灯定时控制系统、防盗报警控制系统、火灾自动报警系统、公园的音乐喷泉自动控制系统控制系统、红外线自动门控红外线自动门控制系统、普通电风扇风速控制系统、可调光台灯控制系统制系统、普通电风扇风速控制系统、可调光台灯控制系统等等。特征：特征：特征：特征：系统的系统的输出量仅受输入量控制输出量仅受输入量控制，输入量到输出量输入量到输出量之间的信号是之间的信号是单向传递单向传递单向传递单向传递。方框图：方框图：方框图：方框图：输入量：控制系统的给定量。输入量：
17、控制系统的给定量。控制器：对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。控制器：对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。执行器：直接对被控对象进行控制的装置或元件执行器：直接对被控对象进行控制的装置或元件控制量：执行器的输出信号。控制量：执行器的输出信号。被控对象：控制系统中所要控制的装置或生产过程被控对象：控制系统中所要控制的装置或生产过程输出量：控制系统所要控制的量。输出量：控制系统所要控制的量。 2 2、闭环控制系统的基本组成：、闭环控制系统的基本组成：、闭环控制系统的基本组成：、闭环控制系统的基本组成：b b概念：概念：概念：概念：系统的系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影
18、响输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统。的控制系统。例：供水水箱的水位自动控制系统、加热炉的温度自动控制系统、花房温度控制系统、投例：供水水箱的水位自动控制系统、加热炉的温度自动控制系统、花房温度控制系统、投篮篮、家用电饭锅保温控制系统、家用电冰箱温度控制系统家用电饭锅保温控制系统、家用电冰箱温度控制系统等。等。基本组成：基本组成：基本组成：基本组成：与开环控制系统相比，闭环控制系统多了检测装置、比较器与开环控制系统相比，闭环控制系统多了检测装置、比较器。 3 3、闭环控制系统的方框图：、闭环控制系统的方框图：、闭环控制系统的方框图：、闭环控制系统的方框图： c c4 4 4 4、
19、控制器和执行器的作用：、控制器和执行器的作用：、控制器和执行器的作用：、控制器和执行器的作用：c c c c控制器：控制器：控制器：控制器：对输入信号对输入信号对输入信号对输入信号（偏差值）（偏差值）（偏差值）（偏差值）进行进行进行进行运算运算运算运算处理处理处理处理，并发出控制命令并发出控制命令并发出控制命令并发出控制命令。执行器：根据指令执行器：根据指令执行器：根据指令执行器：根据指令对被控对象直接控制对被控对象直接控制对被控对象直接控制对被控对象直接控制。三、闭环控制系统的干扰与反馈三、闭环控制系统的干扰与反馈三、闭环控制系统的干扰与反馈三、闭环控制系统的干扰与反馈1 1、干扰因素：、干
20、扰因素：、干扰因素：、干扰因素：c c在控制系统中，在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。称为干扰因素。干扰因素的来源：干扰因素的来源：（1 1）有的干扰因素是环境造成的，如影响自行车行驶速度的变化的自然风等；有的干扰因素是环境造成的，如影响自行车行驶速度的变化的自然风等；（2 2）有的干扰因素是人为原因所致，如影响飞机导航信号的手机信号等。有的干扰因素是人为原因所致，如影响飞机导航信号的手机信号等。2 2、反馈的含义：、反馈的含义：、反馈的含义：、反馈的含义：b b控制系统中，控制系统中，将输出量通过适当的
21、检测装置将输出量通过适当的检测装置，返回到输入并与输入量进行比较的过程返回到输入并与输入量进行比较的过程，就，就是是反馈反馈反馈反馈。3 3、反馈环节的作用反馈环节的作用反馈环节的作用反馈环节的作用：a a通过通过将输出量通过适当的检测装置，返回到输入并与输入量进行将输出量通过适当的检测装置，返回到输入并与输入量进行比较比较，从而，从而减少输出量的减少输出量的偏差，稳定输出量。偏差，稳定输出量。4 4、闭环控制系统的工作过程：、闭环控制系统的工作过程：、闭环控制系统的工作过程：、闭环控制系统的工作过程：a a（1 1）闭环控制系统的闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控制量（输出量）的偏差。核
22、心是通过反馈来减少被控制量（输出量）的偏差。（2 2）工作过程：）工作过程：1. 1.由于由于干扰因素干扰因素干扰因素干扰因素的存在，系统的被控量偏离给定值时；的存在，系统的被控量偏离给定值时；2. 2.闭环控制系统中的反馈环节能及时闭环控制系统中的反馈环节能及时检测检测检测检测出被控量的值，并迅速出被控量的值，并迅速反馈反馈反馈反馈到输入端，与给定值到输入端，与给定值进行进行比较比较比较比较；3. 3.控制器控制器控制器控制器根据比较得到的偏差信号进行根据比较得到的偏差信号进行调节调节调节调节，从而是系统的被控量接近给定值，达到精确，从而是系统的被控量接近给定值，达到精确控制的目的。控制的目
23、的。例：供水水箱的水位自动控制系统、加热炉的温度自动控制系统例：供水水箱的水位自动控制系统、加热炉的温度自动控制系统5 5、功能模拟方法：、功能模拟方法：、功能模拟方法：、功能模拟方法：a a 以功能和行为的相似性为基础，用以功能和行为的相似性为基础，用“ “模型模型” ”模拟模拟“ “原型原型” ”的功能和行为的的功能和行为的方法方法，就是功能模拟方法。，就是功能模拟方法。利用传感器来代替人的各种感官，这种就是功能模拟方法。利用传感器来代替人的各种感官，这种就是功能模拟方法。利用传感器来代替人的各种感官，这种就是功能模拟方法。利用传感器来代替人的各种感官，这种就是功能模拟方法。黑箱方法：黑箱
24、方法：黑箱方法：黑箱方法：a a 把将要研究的系统作为黑箱，通过对系统输入与输出关系的研究，进而推把将要研究的系统作为黑箱，通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法，就是黑箱方法。断出系统内部结构及其功能的方法，就是黑箱方法。例例：西瓜：西瓜 系统的输入系统的输入 系统的输出系统的输出 看、听、拍看、听、拍看、听、拍看、听、拍 生或熟生或熟生或熟生或熟6 6、开环控制系统与闭环控制系统的比较开环控制系统与闭环控制系统的比较开环控制系统与闭环控制系统的比较开环控制系统与闭环控制系统的比较：开环控制系统一般结构简单，适用于控制精度要求不高而系统本身的元件又比较稳定的场开
25、环控制系统一般结构简单，适用于控制精度要求不高而系统本身的元件又比较稳定的场合。合。闭环控制系统设计比较麻烦，结构相对复杂，构成控制系统的成本较高。闭环控制系统是闭环控制系统设计比较麻烦，结构相对复杂，构成控制系统的成本较高。闭环控制系统是自动控制中广泛采用的一种方式，自动控制中广泛采用的一种方式，用于要求高精度和高可靠性的场合用于要求高精度和高可靠性的场合。控制系统西瓜作业：开环控制系统4. 4.楼道的路灯楼道的路灯电流光暗，声响闭环控制系统水箱液位控制系统 干扰因素是：水箱的出水量和水面的蒸发量给定量炉内温度比较器+-电子装置加热器加热炉热电偶干扰因素是：打开炉门，放入或取出东西；外界温度的变化；电压的变化 电压
